FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、貴州大學(xué)明德學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報告題目：模擬角度調(diào)制系統(tǒng)學(xué)院：明德學(xué)院專業(yè)：電子信息工程班級：學(xué)號：姓名：周科遠(yuǎn)指導(dǎo)老師：寧陽2012年1月1日高頻電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的高頻電子線路課程設(shè)計(jì)是專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，是學(xué)習(xí)完高頻電子線路課程后進(jìn)行的一次全面的綜合練習(xí)。其目的讓學(xué)生掌握高頻電子線路的基本原理極其構(gòu)造和運(yùn)用，特別是理論聯(lián)系實(shí)踐，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)課程設(shè)計(jì)一、高頻放大器課程設(shè)計(jì)二、高頻振蕩器課程設(shè)計(jì)三、模擬線性調(diào)制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)四、模擬角度調(diào)制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)五、數(shù)字信號的載波傳輸課程設(shè)計(jì)六、通信系統(tǒng)中的鎖相環(huán)調(diào)制系統(tǒng)共 6 個課題選擇， 學(xué)生任選一

2、個課題為自己的課程設(shè)計(jì)題目， 獨(dú)立完成；具體內(nèi)容按方向分別進(jìn)行，不能有雷同；任務(wù)包括原理介紹、系統(tǒng)仿真、波形分析等；要求按學(xué)校統(tǒng)一的課程設(shè)計(jì)規(guī)范撰寫一份設(shè)計(jì)說明書。三、課程設(shè)計(jì)時間課程設(shè)計(jì)總時間 1 周（ 5 個工作日）四、課程設(shè)計(jì)說明書撰寫規(guī)范1 、在完成任務(wù)書中所要求的課程設(shè)計(jì)作品和成果外，要撰寫課程設(shè)計(jì)說明書 1 份。課程設(shè)計(jì)說明書須每人一份，獨(dú)立完成。2、設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括封面、任務(wù)書、目錄、摘要、正文、參考文獻(xiàn)料 ）等內(nèi)容，以與附圖或附件等材料。3 、題目字體用小三，黑體，正文字體用五號字，宋體，小標(biāo)題用四號與小四，宋體，并用 A4 紙打印。目錄摘要 TOC o 1-5 h z 一課程

3、設(shè)計(jì)的目的與要求1.課程設(shè)計(jì)的目的 1.課程設(shè)計(jì)的要求1.二調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 調(diào)制模型的建立3.調(diào)制過程分析3.解調(diào)模型的建立4.解調(diào)過程分析5.高斯白噪聲信道特性6.調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析9.三仿真實(shí)現(xiàn)10源代碼 11仿真結(jié)果 15四心得體會 18五參考文獻(xiàn) 19摘要在通信系統(tǒng)中的使用非常廣泛。廣泛應(yīng)用于高保真音樂廣播、電視伴音信號的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等。本設(shè)計(jì)主要是利用集成環(huán)境下的 M 文件，編寫程序來實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)過程，并分別繪制出基帶信號，載波信號，已調(diào)信號的時域波形；再進(jìn)一步分別繪制出對已調(diào)信號疊加噪聲后信號，相干解調(diào)后信號和解調(diào)基帶信號的時域波形；最后繪出基帶信號通過

4、上述信道和調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關(guān)系，并通過與理論結(jié)果波形對比來分析該仿真調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的正確性與噪聲對信號解調(diào)的影響。在課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為 ， 使用工具軟件為 7.0 。 在該平臺運(yùn)行程序完成了對調(diào)制和解調(diào)以與對疊加噪聲后解調(diào)結(jié)果的觀察。通過該課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)信號通過噪聲信道，調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。關(guān)鍵詞 ；調(diào)制；解調(diào)； 7.0 ；噪聲M , a, a.,7.a ,.一課程設(shè)計(jì)的目的與要求課程設(shè)計(jì)的目的通過調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與防真的課程設(shè)計(jì)，掌握通信原理中模擬信號的調(diào)制和解調(diào)、數(shù)字基帶信號的傳輸、數(shù)字信號的調(diào)制和解調(diào)，模擬信號的抽樣、量化和編碼與信號的最佳接收等原理

5、。應(yīng)用原理設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并對其進(jìn)行防真。課程設(shè)計(jì)的要求要求能夠熟練應(yīng)用語言編寫基本的通信系統(tǒng)的應(yīng)用程序，進(jìn)行模擬調(diào)制系統(tǒng)，數(shù)字基帶信號的傳輸系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)與仿真。所有的仿真用程序?qū)崿F(xiàn)（即只能用代碼的形式，不能用實(shí)現(xiàn)） ，系統(tǒng)經(jīng)過的信道都假設(shè)為高斯白噪聲信道。模擬調(diào)制要求用程序畫出調(diào)制信號，載波，已調(diào)信號、解調(diào)信號的波形，數(shù)字調(diào)制要求畫出誤碼率隨信噪比的變化曲線。二.調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通信的目的是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源發(fā)送到 一個或多個目的地。對于任何一個通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道和 接收端三大部分組成（如圖 1所示）。圖1通信系統(tǒng)一般模型信息源（簡稱信源）的作用是

6、把各種信息轉(zhuǎn)換成原始信號。根據(jù)消息 的種類不同信源分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備的作用產(chǎn)生適合傳輸 的信號，即使發(fā)送信號的特性和信道特性相匹配，具有抗噪聲的能力，并 且具有足夠的功率滿足原距離傳輸?shù)男枨?。信息源和發(fā)送設(shè)備統(tǒng)稱為發(fā)送端。發(fā)送端將信息直接轉(zhuǎn)換得到的較低頻率的原始電信號稱為基帶信號。 通常基帶信號不宜直接在信道中傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需將基 帶信號的頻譜搬移（調(diào)制）到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。這就 是調(diào)制的過程。信號通過信道傳輸后，具有將信號放大和反變換功能的接收端將已調(diào)制的信號搬移（解調(diào)）到原來的頻率范圍，這就是解調(diào)的過程。信號在信道中傳輸?shù)倪^程總會受到噪聲的干擾

7、，通信系統(tǒng)中沒有傳輸 信號時也有噪聲，噪聲永遠(yuǎn)存在于通信系統(tǒng)中。由于這樣的噪聲是疊加在 信號上的，所以有時將其稱為加性噪聲。噪聲對于信號的傳輸是有害的， 它能使模擬信號失真。在本仿真的過程中我們假設(shè)信道為高斯白噪聲信 道。調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用。一方面，通過調(diào)制可以把基 帶信號的頻譜搬移到所希望的位置上去，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于信 道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號。另一方面，通過調(diào)制可以提高信 號通過信道傳輸時的抗干擾能力， 同時，它還和傳輸效率有關(guān)。具體地講, 不同的調(diào)制方式產(chǎn)生的已調(diào)信號的帶寬不同，因此調(diào)制影響傳輸帶寬的利 用率?？梢?，調(diào)制方式往往決定一個通信系統(tǒng)的性能。

8、在本仿真的過程中 我們選擇用調(diào)頻調(diào)制方法進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻 位置。而解調(diào)是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復(fù)出原 始基帶信號。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。調(diào)制模型的建立川(/)* FM 圖2調(diào)制模型其中，m為基帶調(diào)制信號，設(shè)調(diào)制信號為m(t) Acos(2 fmt)設(shè)正弦載波為c(t) cos(2 fct)信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為2 0調(diào)制過程分析在調(diào)制時，調(diào)制信號的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時頻 偏隨調(diào)制信號m(t)成正比例變化，即式中，Kf為調(diào)頻靈敏度(ra%s?V)。這時相位偏移

9、為(t) Kf m( )d則可得到調(diào)頻信號為SFM(t) Acos ct Kf m( )d調(diào)制信號產(chǎn)生的M文件：0.001；%設(shè)定時間步長0:1.5；%產(chǎn)生時間向量15;%設(shè)定調(diào)制信號幅度一可更改15;%設(shè)定調(diào)制信號頻率一可更改*(2*t);%生成調(diào)制信號50;%設(shè)定載波頻率一可更改(2*t);%生成載波10；%設(shè)定調(diào)頻指數(shù)(1)=0；%對進(jìn)行積分1(t)-1(i)(i)*；*(2*2*)；%調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號100-10調(diào)制信號的時域圖00.511.5時間t載波的時域圖00.511.5時間t 已調(diào)信號的時域圖時間t圖3調(diào)制解調(diào)模型的建立調(diào)制信號的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅僅

10、適用于窄帶調(diào)頻信號，且需同步信號，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同 步信號，且對于信號和信號均適用，因此是系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。在本仿 真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。圖4解調(diào)模型非相干解調(diào)器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框圖如圖 5所示。限幅器輸入為已調(diào)頻信號和噪聲，限幅器是為了消除接收信號在 幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來限制帶外噪聲，使調(diào)頻 信號順利通過。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后由包 絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號。解調(diào)過程分析設(shè)輸入調(diào)頻信號為tS(t) SFM(t) Acos(ct Kfm( )d )微分器的作

11、用是把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波。微分器輸出為S(t)dS(t)dSFM (t)dttc Kfm(t) sin( ctKf m( )d )包絡(luò)檢波的作用是從輸出信號的幅度變化中檢出調(diào)制信號。包絡(luò)檢波 器輸出為SO(t) Kd c Km(t)Kd c KdKm(t)Kd稱為鑒頻靈敏度( %z),是已調(diào)信號單位頻偏對應(yīng)的調(diào)制信號的 幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無用的直流，得mo(t)KdKfm(t)微分器通過程序?qū)崿F(xiàn)，代碼如下：i(t)-i%接受信號通過微分器處理(i)=(1)(i)；=(); 變換，求絕對值得到瞬時幅度(包絡(luò)檢波)通過M文件繪制出兩種不同信噪比解調(diào)的輸出波形如下：時間t無噪

12、聲條件下已調(diào)信號的時域圖時間t無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖00.51時間t1.5圖5 解調(diào)高斯白噪聲信道特性設(shè)正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為 r(t) Acos( ct) n(t)其中，白噪聲n(t)的取值的概率分布服從高斯分布。本身自帶了標(biāo)準(zhǔn)高斯分布的內(nèi)部函數(shù)randn。 randn函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)序列服從均值為m 0,方差2 1的高斯分布。正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為r(t) Acos( ct) n(t)故其有用信號功率為噪聲功率為信噪比SN滿足公式無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖5 fCLzxz%yx I I A / Ib 1010g0（SN）則可得到公式我們可以通過這個公式

13、方便的設(shè)置高斯白噪聲的方差0在本仿真過程中，我們選擇了 10和30兩種不同信噪比以示區(qū)別，其時域圖如圖7和圖8 TOC o 1-5 h z 。一 / I x_Z_/_/-5 c00.511.5時間t圖6無噪聲條件下已調(diào)信號的時域圖調(diào)制信號的時域圖時間t含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號的時域圖時間t圖7含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號的時域圖調(diào)制信號的時域圖時間t含大信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號的時域圖時間t含大信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號的時域圖00.511.5時間t圖8含大信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號的時域圖調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析從前面的分析可知，調(diào)頻信號的解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種 相干解調(diào)僅適用于窄帶

14、調(diào)頻信號，且需同步信號；而非相干解調(diào)適用于窄 帶和寬帶調(diào)頻信號，而且不需同步信號，因而是系統(tǒng)的主要解調(diào)方式，所以這里僅僅討論非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能，其分析模型如圖9所示1圖9調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型圖中帶通濾波器的作用是抑制信號帶寬以外的噪聲。n(t)是均值為零,單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器后變?yōu)檎瓗Ц咚乖肼?m(t) o限幅器是為了消除接收信號在幅度上可能出現(xiàn)的畸變。設(shè)調(diào)頻信號為t Sfm (t) Acos( ct Kfm( )d )故其輸入功率為輸入噪聲功率為NinoBFM因此輸入信噪比為在大信噪比條件下，信號和噪聲的相互作用可以忽略，這時可以把信 號和噪聲分開來

15、算，這里，我們可以得到解調(diào)器的輸出信噪比上式中，A為載波的振幅，Kf為調(diào)頻器靈敏度，fm為調(diào)制信號m(t)的 最高頻率，no為噪聲單邊功率譜密度。我們?nèi)缛艨紤]m(t)為單一頻率余弦波時的情況，可得到解調(diào)器的制度A2 2nofm增益為So N oG FMSiNi考慮在寬帶調(diào)頻時，信號帶寬為Bfm 2(mf 1)fm 2(ffm)則可以得到2Gfm 3mf(mf 1)可以看出，大信噪比時寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益是很高的，它與調(diào) 頻指數(shù)的立方成正比。可見，加大調(diào)頻指數(shù) mf ,可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性 能迅速改善。三.仿真實(shí)現(xiàn)圖10 程序流程圖3.1 源代碼調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)%頻率調(diào)制與解調(diào)的演示源程序%可

16、以任意改原調(diào)制信號函數(shù)m(t)%信息工程陳麗丹07323202%. *.*.*%* 初始化 *%*%. * . * . *.*.*.*.*.*.*.*.*.*%*調(diào)制 *0.001;% 設(shè)定時間步長0:1.5;% 產(chǎn)生時間向量5;% 設(shè)定調(diào)制信號幅度5;% 設(shè)定調(diào)制信號頻率*(2*t);%生成調(diào)制信號50;% 設(shè)定載波頻率(2*t);% 生成載波10;% 設(shè)定調(diào)頻指數(shù)(1)=0;1(t)-1(1)(i)(i)*;%求信號m(t)的積分%調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號% 調(diào)制信號*(2*2*);%*%. *.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*1=10;2=30;%* 添加高斯白噪聲 *% 設(shè)定信躁比

17、 （小信噪比 ） % 設(shè)定信躁比 （大信噪比 ）0;% 設(shè)定信躁比 （無信噪比 ）八2/(2*(10八(10);% 計(jì)算對應(yīng)的高斯白躁聲的方()*(t);% 生成高斯白躁聲% 生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號 （信號通% 過信道傳輸）%*%. *.*%* 解調(diào) *1(t)-1% 接受信號通過微分器處理(i)=(1)(i);= ();變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡(luò)檢波）()()/2;1;%*%. *.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*%* 時域到頻域轉(zhuǎn)換*0.001;% 抽樣間隔1;% 抽樣頻率0.25;% 所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換% 時，它表示的最小頻率間隔%* 對調(diào)

18、制信號m(t) 求傅里葉變換*(2*t);%原調(diào)信號1;2n1=0;n1;n2(m);2A(2(n1)2(n2);();(12);1;% 以上程序是對調(diào)制后的信號求傅里變換;% 縮放，便于在頻鋪圖上整體觀察011*(m)-1)2;%時間向量對應(yīng)的頻率向量%*對已調(diào)信號u 求傅里變換*1;n1=0;n1;n2();2A(2(n1)2(n2);();(12);1;% 以上是對已調(diào)信號u 求傅里變換% 縮放%* %*%. *.*.*.*.*.*.*.*.*.*.*%* 顯示程序 *（按任意鍵可以看到原調(diào)制信號、載波信號和已調(diào)信號的曲線)%*(1)*(1)(3,1,1)();% 繪制調(diào)制信號的時域圖(

19、 時間 t);（調(diào)制信號的時域圖 ）;(3,1,2)();% 繪制載波的時域圖( 時間 t);（載波的時域圖 ）;(3,1,3);();%繪制已調(diào)信號的時域圖( 時間 t);( 已調(diào)信號的時域圖 );%*(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號和已調(diào)信號在頻域內(nèi)的圖形)%*(2)*(2)(2,1,1)(M):將中的分量移到頻譜中心(頻率 f)(原調(diào)制信號的頻譜圖 )(2,1,2)(U)(頻率 f)( 已調(diào)信號的頻譜圖 )%*(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號、無噪聲條件下已調(diào)信號和解調(diào)信號的曲線)*(3)*(3);%繪制調(diào)制信號的時域圖( 時間 t);(調(diào)制信號的時域圖 );%繪制已調(diào)信號的時域圖( 時間 t)

20、;(無噪聲條件下已調(diào)信號的時域圖 );1(t)-1%接受信號通過微分器處理(i)=(1)(i);= (); 變換，求絕對值得到瞬時幅度(包絡(luò)檢波)()()/2;1;%繪制無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖(1(1)10001400,r);( 時間 t);(無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖 );%*(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號、小信噪比高斯白噪聲條件下已調(diào)信號和解調(diào)信號已調(diào)信號的曲線)%*(4)*(4)(3,1,1)();( 時間 t);(調(diào)制信號的時域圖 );1八2/(2*(10人(1/10);白躁聲的方差n1(1)*(t);11;號通1(t)-11(i)=(1(1)1(i);% 繪制調(diào)制信號的時域圖%

21、 計(jì)算對應(yīng)的小信噪比高斯% 生成高斯白躁聲% 生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號 (信% 過信道傳輸)% 接受信號通過微分器處理1 = (1); 變換，求絕對值得到瞬時幅度(包絡(luò)檢波)()()/2;11;(3,1,2);(1();%繪制含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號的時域圖( 時間 t);(含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號的時域圖 );(3,1,3);%繪制含小信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號的時域圖(1(1)10001400,r);( 時間 t);(含小信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號的時域圖 );%*(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號、大信噪比高斯白噪聲條件下已調(diào)信號和解調(diào)信號已調(diào)信號的曲線)*(5)*(5)(3,1,1)();( 時間 t);(調(diào)制信號的時域圖 );1八2/(2*(10人(2/10);白躁聲的方差n1(1)*(t);11;號通過信道傳輸)1(t)-1% 繪制調(diào)制信號的時域圖% 計(jì)算對應(yīng)的大信噪比高斯% 生成高斯白躁聲% 生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號 (信% 接受信號通過微分器處理1(i)=(1(1)1(i);1 = (1);()()/2;變換，求絕對值得到瞬時幅度(包% 絡(luò)檢波)11;(3,1,2